Введение к работе
Актуальность темы
Коллоидно-графитовые препараты (КГП) широко используются как компоненты различных смазок, герметиков, электропроводных, антифрикционных, защитных и др. покрытий. Коллоидные свойства подобных препаратов в основном оцениваются двумя параметрами: размером частиц и способностью образовывать графитовые пленки за счет сращивания углеродных частиц. Последнее возможно лишь при наличии на поверхности графита достаточного количества кислородсодержащих групп, их участие в реакции поликонденсации в итоге приводит к образованию связей С-С, то есть пленкообразованию.
В настоящее время КГП производятся многостадийным механическим измельчением и химическим окислением. Известно их получение через стадию образования соединений внедрения графита (СВГ) с кислотами, что сокращает технологический цикл и увеличивает выход конечного продукта.
На кафедре «Технология электрохимических производств» ЭТИ СГТУ в течение ряда лет проводятся исследования по разработке новых электрохимических технологий и оборудования для синтеза бисульфата и нитрата графита (БГ и НГ). Анодная обработка смесей графит – кислота позволяет в управляемом режиме получать СВГ, производить их переокисление. Переокисленные СВГ содержат на своей поверхности кислородсодержащие группы, их концентрацию можно варьировать режимом синтеза, соотношением компонентов в смеси, концентрацией кислотного электролита. Полученные результаты создают хорошие предпосылки для разработки новой технологии получения КГП, основанной на электрохимическом синтезе БГ или НГ, их переокислении с одновременным механическим измельчением. Разработка такого способа позволит осуществлять получение коллоидного графита в одну стадию с возможностью регулирования свойств получаемых соединений.
Таким образом, проведение комплексных исследований по электрохимическому переокислению СВГ, выяснению режимов получения коллоидного графита, разработке электрохимического оборудования являются актуальной научной и прикладной работой, которой будет посвящена данная
работа.
Целью настоящей работы является исследование кинетических закономерностей анодного окисления порошков графита в серной кислоте до образования переокисленных СВГ и коллоидного графита, а так же выявление взаимосвязи между режимами синтеза и физико-химическими показателями получаемых соединений. Необходимо проведение комплекса исследований с целью выбора конструкционных и электродных материалов для электролизера по получению переокисленного и коллоидного графита, определение соотношения компонентов в реакционной смеси с целью получения переокисленных СВГ и коллоидного графита.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- выявление условий анодной обработки смесей графит-H2SO4 для получения переокисленных СВГ и коллоидного графита;
- оценка влияния концентрации H2SO4 и соотношения компонентов в реакционной смеси на режимы синтеза переокисленных СВГ и коллоидного графита;
- выбор и обоснование конструкционных и электродных материалов для разработки конструкции электролизера для получения коллоидного графита;
- изготовление и апробация опытного электролизера для синтеза коллоидного графита.
Научная новизна работы
Определены интервалы концентраций H2SO4 и режимы, обеспечивающие эффективный синтез и переокисление графита, условия получения переокисленных СВГ в зависимости от свойств исходного графита. Впервые проведены системные исследования анодного переокисления БГ, полученного электрохимическим методом на основе дисперсного графита. Установлен факт накопления на поверхности переокисленных соединений значительного количества кислородсодержащих групп. Показано, что переокисление БГ с одновременным механическим диспергированием приводит к образованию частиц с коллоидными свойствами. Установлено, что коллоидные частицы, полученные данным способом при повышенных размерах (до 20 мкм) обладают способностью формироваться в углеродные пленки. Разработана методика получения коллоидного графита основанная на анодном окислении с одновременным механическим диспергированием порошков графита в серной кислоте. Наработаны опытные партии коллоидно-графитовых препаратов (КГП). Разработана и апробирована конструкция электролизера для получения коллоидного графита. Исследованы свойства композиционных электрохимических покрытий (КЭП) в структуру которых входят частицы коллоидного графита, установлены качественные показатели этих покрытий.
Практическая значимость результатов работы
Разработаны основы технологии электрохимического получения коллоидно-графитовых препаратов (КГП). Предложена принципиально новая конструкция электролизера для одновременного переокисления и механического измельчения БГ с целью получения КГП. Получены углеродные покрытия на стальной основе, исследованы их свойства. Показано, что синтезированные КГП по качеству не уступают лучшим мировым образцам. Изготовлена электрохимическая ячейка с периодическим перетиранием под током в качестве насадки для доокисления переокисленных СВГ до коллоидного графита. Наработаны опытные партии КГП с различным фракционным составом, на основе которого были получены углеродные пленки и композиционные электрохимические покрытия (КЭП) с никелем на стальной основе, определены их физико – механические показатели (адгезия и коэффициент трения) превышающие почти в 1,5-2 раза показатели лучших отечественных и зарубежных материалов.
Апробация результатов работы
Основные результаты работы докладывались на международной конференции «Композит – 2007» (Саратов, 2007 г); конференция молодых ученых «Актуальные проблемы электрохимической технологии» (Саратов, 2008 г); конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009 г).
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Основные закономерности электрохимического получения переокисленных СВГ и коллоидного графита на основе графитовых смесей.
-
Результаты по выбору конструкционных и электродных материалов для установки электрохимического получения КГП.
-
Конструкция электролизера для комплексного механического и электрохимического воздействия на графит или БГ.
-
Принципы усовершенствования электрохимического реактора для получения КГП.
-
Режимы получения КГП в разработанном электролизере и физико-химические характеристики полученных соединений.
-
Результаты по изучению свойств углеродных пленок и КЭП на основе КГП, полученного электрохимическим способом.
Публикации
По материалам диссертации опубликована 1 статья в журнале, рекомендуемом ВАК, 1 положительное решение о выдаче патента, 3 статьи в сборниках трудов и материалах конференций.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методического и экспериментальных разделов, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Изложена на __ страницах и включает __ рисунков, __ таблиц, список использованной литературы состоит из __ наименований.
